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7/18/2019 4+Maquinas+de+Cc

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Máquinas rotativasde corriente continua4

vamos a conocer...1. Principio de funcionamiento de máquinas

de corriente continua

2. Constitución de máquinas de corrientecontinua

3. Tipos de conexión entre devanados

4. Devanados en máquinas de corriente continua

PRÁCTICA PROFESIONAL 1

Desmontaje de una máquina rotativade corriente continua


Bobinado del devanado de excitaciónde una máquina de corriente continua


Bobinado del inducido de una máquinade corriente continua


Comprobación de inducidos

MUNDO TÉCNICO

Equilibrado de máquinas rotativas

y al finalizar esta unidad...

Conocerás cuál es el principio de funcionamientode las máquinas de corriente continua.

Identificarás los elementos que forman loscircuitos magnéticos y eléctricos de estasmáquinas.

Diseñarás diferentes tipos de devanados deinducidos.

Representarás gráficamente los diferentes tiposde devanados de las máquinas de corrientecontinua.

Construirás devanados de excitación y delinducido de una máquina de corrientecontinua.

Comprobarás el correcto funcionamiento delos diferentes tipos de devanados.



situación de partida

CASO PRÁCTICO INICIAL

La empresa MantenExpress ha recibido un encargo para repa-

rar un motor instalado en una antigua máquina de transportede chapa. En una primera comprobación in situ los técnicos han

observado que no es una máquina trifásica de corriente alterna

como es habitual en la actualidad. Según los empleados encar-

gados de operar la instalación, dicho motor movía un sistema de

transferencia de chapa en un sentido y otro, y todo a diferentes

velocidades. El operario más veterano indica que al motor ya se le

había realizado una profunda revisión hacía bastantes años, y que

en ella se habían cambiado, entre otras operaciones de manteni-

miento, las escobillas y los rodamientos. En esta ocasión, el fallo

parece que es interno, ya que después deun bloqueo del eje, la

máquina comenzó a humear y a oler a quemado eléctrico. Las

protecciones de la instalación se dispararon y, una vez restituidas,la máquina no respondió a ninguna de las maniobras efectuadas

desde el cuadro de control.

Al abrir la caja de bornes del motor, Fermín y Abel han compro-

bado la continuidad con un polímetro entre dos de los cuatro

bornes que están etiquetados como A-B y no han obtenido n

guna medida. Después de sacar las escobillas y comprobar qestán en perfecto estado, se ha decidido desmontar la máquin

llevarla hasta el recién montado taller de bobinados de la empre

MantenExpress. Allí, al retirar una de las tapas de la carcasa,

ha observado, además de percibir un fuerte olor a quemad

que las bobinas ubicadas en el rotor están deterioradas debido

calor. Parece evidente que el devanado se ha destruido y que

necesario su rebobinado.

Al desmontar la máquina se ha observado lo siguiente:

• el estator dispone de 4 piezas polares de gran tamaño y otr

4 de un tamaño mucho más reducido,

• todas las delgas del colector tienen dos terminales de diferetes bobinas,

• solamente dispone de dos líneas de escobillas,

• de cada ranura salen 8 terminales de bobinas, que se conect

a las diferentes delgas del colector.

1. ¿Por qué la máquina tiene un devanado en el rotor yotro en el estator?

2. ¿Cuál de los devanados es el encargado de la excita-ción?

3. ¿Cómo se denomina el elemento de conmutaciónpara alimentar las bobinas del rotor?

4. ¿Qué misión tienen los polos de pequeño tamañoque están intercalados entre los principales?

5. ¿Por qué los bornes de la máquina están etiquetadoscomo J-K A-B?

6. ¿Cuántos polos tiene la máquina?

7. ¿Qué indica que a cada delga del colector lleguen doterminaciones de bobinas de la armadura?

8. ¿Qué significa que todas las bobinas del devanadaveriado estén montadas con 5 ranuras entre sulados activos?

9. ¿Por qué de cada ranura salen 8 terminales que sconectan a las delgas?

10. ¿Por qué la máquina reparada solamente dispone d2 líneas de escobillas y, sin embargo, tiene 4 piezapolares?

estudio del caso

Antes de empezar a leer esta unidad de trabajo, puedes contestar las dos primeras preguntas. Después analiza cad

punto del tema con el objetivo de contestar el resto de preguntas de este caso práctico.



16 Unidad 4

1. Principio de funcionamientode máquinas de corriente continua

Atendiendo a los principios de inducción electromagnética estudiados en laprimera unidad, si una espira o bobina se mueve en el interior de un campo

magnético inductor cortando sus líneas de fuerza, en ella se genera una fuerzaelectromotriz que puede ser utilizada en el exterior mediante un sistema deconmutación denominado colector. En este caso la máquina funciona comogenerador (dinamo), ya que es capaz de transformar energía mecánica (la pro-ducida en el giro de la bobina) en eléctrica (la obtenida en los terminales delcolector).

G i r o

a Figura 4.1. Generador elemental.

Si por el contrario, por dicha bobina o espira se hace circular una corrienteeléctrica, esta genera un campo magnético con diferente polaridad en cadauno de sus lados activos. Si dicha polaridad se hace coincidir con la del campoinductor, la bobina produce un par de fuerzas que la hace girar sobre su eje.

Así, como el colector, que está dividido en dos zonas de contacto (delgas),gira también, la conmutación hace que el sentido de la corriente se mantengasiempre en el mismo lado del campo, conservando así la polaridad del campoinducido respecto al campo principal y, por tanto, el giro continuado de labobina.

P a r

a Figura 4.2. Motor elemental.

Todas las máquinas de corriente continua son reversibles, ya que pueden transfor-mar energía mecánica en eléctrica, y viceversa. Es decir, pueden funcionar comogenerador (dinamo) o como motor.



Máquinas rotativas de corriente continua

No obstante, en la actualidad el uso de las máquinas de corriente continuacomo generadores (dinamos) está prácticamente en desuso o restringido aaplicaciones muy específicas y aisladas. Por este motivo, aunque algunos con-ceptos de los expuestos a continuación podrían aplicarse al funcionamientode la máquina como generador, el estudio se centrará en el caso de actuar estacomo motor.

1.1. Funcionamiento del motor elemental en corrientecontinua

En la siguiente secuencia de imágenes se muestra cómo una espira es alimen-tada (para su funcionamiento como motor) desde un sistema de conmutación(colector) con dos delgas ( A y B). En la posición inicial (1) la delga A es ali-mentada desde el positivo de la fuente de alimentación. Teniendo en cuentael sentido de las líneas de fuerza del campo inductor (N-S) y el sentido dela corriente que circula por el conductor, se originará un par de fuerzas queproducirá un giro de la espira sobre su propio eje según la regla de la mano iz-

quierda. En esa situación el par es máximo (línea de par máximo). Si la espiralogra vencer la posición (2) en la que las dos delgas cortocircuitan el sistemade alimentación y, por tanto, el par es nulo, la delga B pasa a la posición (3) enla que queda conectada al positivo de la alimentación. De esta forma, el ladoactivo opuesto de la espira es recorrido por una corriente del mismo sentido,presentándose nuevamente el par de fuerzas inicial, haciendo girar la espira deforma continuada.

F F

+ – + –

N S N S N S

+ –

AB B

B

A

A

1 2 3

F F

a Figura 4.3. Principio de funcionamiento del motor en corriente continua.

Así, en el motor de una única espira o bobina, se puede observar gráficamentecómo el par cambia de sentido si el campo de excitación se mantiene fijo y seinvierte el sentido de la corriente en la bobina.

N SN S

F

F

F

F

Giro en sentido horario Giro en sentido antihorario

a Figura 4.4. Inversión del sentido de giro del motor de una espira.

La entrada de corriente en el coductor se representa mediante aspa (x) y la salida mediante upunto (·).

recuerda

I

a Figura 4.5. Representación d

sentido de la corriente en un co

ductor.



18 Unidad 4

Si la máquina dispone de varias bobinas y, por tanto, de un mayor número de del-gas, de forma que la conmutación permita que en todos los conductores que estánenfrentados a un polo se induzca una fuerza electromotriz del mismo sentido, elpar de fuerzas se mantendrá constante, haciendo que giren de forma continuadasobre su propio eje.

De igual forma que con solo una espira, si se invierte el sentido de la corriente

de las bobinas, también lo hará el sentido del par de fuerzas y, con ello, el girodel motor.

N S N S

F

F

F

F

a Figura 4.6. Inversión del sentido de giro de un motor con varias bobinas.

2. Constitución de máquinasde corriente continua

Una máquina de corriente continua esta forma principalmente por un circuitomagnético y dos circuitos eléctricos.

2.1. Circuito magnético

El circuito magnético está formado por una parte fija, ubicada en el estator, yotra móvil en el rotor. Sobre ellas se encuentran bobinados los dos circuitoseléctricos.

Carcasa

Base

Tambor de rotor

(Armadura)

Piezas polares

a Figura 4.7. Partes del circuito magnético en una máquina de corriente continua.

El circuito magnético fijo está constituido por piezas o masas polares, tantas comopolos tiene la máquina. Estas piezas, que pueden ser de tipo saliente o ranurado, sefijan a la carcasa o culata de la máquina, que se encargará de cerrar dicho circuitomagnético.

Se denominaentrehierro al espa-cio de aire que existe entre las dospartes del circuito magnético.

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Entrehierro

a Figura 4.8. Entrehierro.




A continuación se muestran los dos casos.

a Figura 4.9. Circuito magnético del inductor (piezas polares de tipo saliente y ranurado).

El circuito rotativo es un tambor cilíndrico de chapa magnética que se encuentraranurado de forma axial. Se le suele denominar armadura y por su centro pasa eleje de la máquina, en el cual también se encuentra embutido el colector de delgasy los rodamientos.

a Figura 4.11. Detalle del circuito magnético del inducido y de su armadura.

2.2. Circuito eléctrico

El circuito eléctrico está constituido por dos partes bien diferenciadas: el inductory el inducido.

El circuito inductor

Se encuentra alojado en el estator y bobinado sobre las piezas polares. Es el encar-gado de generar el campo magnético fijo que se induce sobre el circuito del rotor.Está constituido por bobinas de grandes dimensiones, cuyo número es igual al depolos que tiene la máquina. El inductor también recibe el nombre de excitación o devanado de excitación.

Bobinas inductoras

Culata (carcasa)

Piezas polares

a Figura 4.12. Detalle de un circuito inductor de dos polos.

De igual forma que en los tranformadores, el uso de finas chapen el circuito magnético disminulos efectos de las corrientes parátas o de Foucault.

recuerda

a Figura 4.10. Detalle de una piez

polar formada por chapas magn

ticas.

Las máquinas rotativas de corriencontinua requieren dos devanadouno denominado inductor y otinducido, instalados en el estatoen el rotor respectivamente.

caso práctico inicial



20 Unidad 4

El número de pares de polos debe ser siempre par, de forma que la polaridad sepresente de forma alternativa (N-S-N-S…). El centro de cada uno de los polosse denomina eje polar, habiendo tantos como pares de polos tenga la máquina. Elángulo entre dos polos consecutivos siempre debe ser el mismo.

El eje situado entre dos polos se denomina línea neutra, y sobre ella los efectosmagnéticos serán nulos. Así, una máquina de corriente continua tiene tantas

líneas neutras como pares de polos.

N S S

N

N

S

Línea neutra

Eje polar

Máquina bipolar Máquina tetrapolar

a Figura 4.14. Número de polos en máquinas de corriente continua.

El circuito inducido

Se encuentra alojado en el rotor. Su devanado consta de numerosas bobinas quese sitúan en las ranuras del tambor y que, además, se encuentran conectadas alexterior a través del sistema de conmutación.

Tambor de chapas magnéticas

Colector de delgas

Rodamiento

Devanado del inducido

a Figura 4.15. Devanado de una máquina de corriente continua.

El elemento de conmutación

Es uno de los elementos más importantes de este tipo de máquinas. Se encargade conectar eléctricamente los devanados del inducido con el circuito exterior,bien para entregar energía en el caso de los generadores, bien para recibirla en elcaso de los motores.

El conjunto de conmutación es el que más desgaste sufre debido al funcionamien-to de la máquina, por tanto, también es el elemento que más atención requiereal realizar las tareas de mantenimiento y reparación. Debido a esto, el sistema deconmutación, especialmente en máquinas de gran potencia, es accesible desdeel exterior para su supervisión y comprobación sin necesidad de desmontar lamáquina.

En el símbolo de una máquina decorriente continua los dos devana-dos se representan por separado.

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M

Inducido

Inductor

a Figura 4.13. Símbolo de un mo-

tor de corriente continua.

El elemento de conmutación quepermite conectar el devanado delrotor con el circuito exterior sedenomina colector.





Tres aspectos son importantes al hilo del elemento de conmutación:

Colector

Es un tambor formado por pequeñas láminas de cobre denominadas delgas. Aestas láminas se conectan los terminales de las numerosas bobinas que formanel circuito del inducido. Las delgas están aisladas entre sí, y también de los otroselementos metálicos de la máquina mediante un material no conductor que sueleser mica o micanita.

Sobre el colector se apoyan las escobillas, que son las encargadas de establecer laconexión eléctrica con el inducido a través de las delgas.

Las escobillas son normalmente de grafito, aunque en algunas ocasiones se fabri-can también de latón. Pueden aparecer de numerosas formas y configuraciones,pero la más común cuenta con un cable flexible para su conexión a la caja debornes de la máquina y con un muelle-resorte para un apoyo óptimo sobre elcolector.

a Figura 4.18. Diferentes tipos de escobillas (Cortesía de Sintercarbo, S.A.).

La escobilla es el elemento de una máquina eléctrica que más hay que cambiar entareas de mantenimiento. Por ese motivo, los fabricantes instalan portaescobillasque facilitan esta tarea sin necesidad de desmotar la máquina.

La presión de las escobillas sobre el colector suele ser ajustable mediante algúntipo de resorte o tensor.

En ningún caso el acceso a las escobillas debe hacerse con la máquina en funcio-namiento, ya que además de ser perjudicial para la máquina, es muy peligroso parala persona que las manipula.

a Figura 4.19. Detalle de dos e

cobillas de una máquina eléctrica

a Figura 4.16. Colector de delgas.

Escobilla

Colector

Cable de conexión

a Figura 4.17. Detalle de escobilla sobre colector.

La micanita es un material dielétrico que está compuesto por finláminas de mica adheridas entre

por medio de goma o laca.

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22 Unidad 4

Colocación de escobillas

La misión del elemento de conmutación es mantener el mismo sentido de lacorriente en los haces activos de una bobina. Esto debe ocurrir cuando las dosdelgas de la bobina han girado lo suficiente como para situarse entre las dos esco-billas, siempre con la polaridad invertida. El paso de delga en el colector es muycorto, por lo se garantiza de esta manera que el par del motor sea prácticamente

constante, ya que cuando una bobina sale de la línea de máximo par (eje polar)ya ha entrado otra.

Para que la conmutación se realice de forma eficiente las escobillas deben ubicar-se en las líneas neutras. Así, una máquina dispondrá de tantas líneas de escobillascomo líneas neutras.

N S

+ –Línea neutra

Eje polar

a Figura 4.20. Fijación de las escobillas en la línea neutra.

Las máquinas de gran potencia y de gran tamaño recurren a la instalación delíneas de escobillas, así el rozamiento en toda la longitud del tambor del colectores uniforme.

Reacción del inducido

Cuando los devanados de una máquina de corriente continua funcionando comomotor son atravesados por una corriente eléctrica, en ellos se generan sendoscampos magnéticos cuyas líneas de fuerza son similares a los mostrados en lafigura.

N S N S

Línea neutra Línea neutra

Inductor Inducido

a Figura 4.21. Campos generados en inductor e inducido de un motor de corriente continua.

El campo del inducido se presenta de forma transversal al de inductor. Si la má-quina (en este caso motor) no tiene carga, ambos campos se mantienen como enlas figuras.

Español-InglésEscobillas de carbón: carbonbrush

Motor de corriente continua:

DC motor

Motor de CC con escobillas:brushed DC motor

Excitación independiente: separately excited

Excitación en paralelo: Shuntexcited

vocabulario

a Figura 4.22. Detalles de líneas

de escobillas en máquinas con co-

lectores de grandes dimensiones.




Sin embargo, cuando se aplica a la máquina una carga (en este caso una resisten-cia mecánica en su eje), la corriente del inducido aumenta y, por tanto, tambiénlo hará el campo generado en él. Este efecto produce una distorsión del campoinductor que genera el desplazamiento de la línea neutra un determinado númerode grados. A este efecto se le denomina reacción de inducido, y es necesario te-nerlo en cuenta para realizar el calado correcto de las escobillas, de lo contrariose producirá un exceso de chispas en ellas y en el colector que podrían dañar lamáquina.

N S

Desplazamientode la línea neutra

a Figura 4.24. Distorsión del campo inductor debido a la reacción del inducido.

Polos auxiliares o de conmutación

Los efectos producidos por la reacción del inducido son asumibles en máquinas depequeña potencia y en aquellas cuya carga es constante. Sin embargo, en máqui-nas de gran potencia cuya carga cambia de forma continuada, es necesario realizarel calado de las escobillas cada vez que se produce un cambio.

Para evitar el desplazamiento de la línea de escobillas debido a la reacción delinducido se colocan en la culata los denominados polos de conmutación o polosauxiliares.

Los polos de conmutación son piezas polares, de menor tamaño que las piezaspolares principales, que se ubican en la línea neutra de la máquina. Su devanadose conecta en serie con el inductor y genera un campo de compensación queevita la distorsión del campo de excitación y, también, la necesidad de realizar eldesplazamiento de la línea de escobillas.

N S

S

N

Línea neutra

Polos de conmutación

Calado de escobillas

a Figura 4.25. Polos de conmutación en una máquina de corriente continua.

Si la máquina funciona como genrador (dinamo), la línea neutra desplaza en el sentido opuestodel motor. Por tanto, para que umáquina pueda pasar de generdor a motor, y viceversa, siempre

necesario realizar el calado de escobillas en el sentido adecuad

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Motor Generador

a Figura 4.23. Calado de escobillen motor y en generador.

Llamaremos polos de conmutción a las piezas polares de mentamaño. Se instalarán para evitel desplazamiento de la línea

escobillas debido a los efectos dereacción del inducido.


El número de pares de polos conmutación debe ser igual número de pares de polos ddevanado principal.

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24 Unidad 4

3. Tipos de conexión entre devanadosEn función de cómo se conecten los devanados (inducido e inductor) entre sí, sepueden conseguir las siguientes configuraciones:

• máquina serie,

• máquina Shunt o derivación,

• máquina compuesta (Compound),

• máquina de excitación independiente.

+ –

+ –

+ –

+ – + –

ShuntSerie Compound Independiente

A B A B

C D

A B

C D

A B

J K

F

E

F

E

a Figura 4.26. Tipos de conexión entre devanados.

No todos los devanados son intercambiables para conseguir las diferentes con-figuraciones aquí propuestas. Por ejemplo, un devanado inductor diseñado parauna conexión serie, no puede conectarse en Shunt, y viceversa, ya que el númerode espiras y el diámetro del conductor con el que está construido son diferentes.Sin embargo, el devanado inductor para un motor Shunt puede utilizarse sin

problemas en una máquina con conexión independiente.

3.1. La caja de bornes

Los bornes de cada uno de los devanados están etiquetados según la configuraciónpara la que han sido diseñados. Generalmente, este tipo de máquinas dispone decuatro bornes de conexión en su caja de bornes, excepto la máquina Compoundque dispone de seis.

+

–

BA

FE

Máquina serie

+ –

BA

DC

Máquina Shunt

+ –

BA

K J

Máquina independiente+

–

Alimentación 1

Alimentación 2

a Figura 4.27. Cajas de bornes en diferentes tipos de motores de corriente continua.

Las conexiones entre devanados de máquinas autoexcitadas se realizan con puen-tes que facilita el fabricante o mediante latiguillos que debe construir el técnicode montaje.

Excepto la máquina independien-te, todas las demás reciben el nom-bre de autoexcitadas.

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Que los bornes de la máquina esténetiquetados como A-B J-K implicaque esta opera como un motor deexcitación independiente.





3.2. La inversión del sentido de giro

Para invertir el sentido de giro de un motor de corriente continua, se debe cam-biar sentido de la corriente en uno de sus devanados. Esto hace que se invierta elpar en el inducido, produciendo en consecuencia el cambio en el sentido de girodel motor. Desde el exterior de la máquina esto se realiza permutando los cablesde alimentación, bien en los bornes del devanado inducido, bien en los bornes del

devanado inductor. Por otro lado, para evitar que el motor se acelere demasiado,en la práctica siempre se recomienda invertir las conexiones del inducido en lugarde las del inductor (excitación).

En la figura se muestra cómo deben conectarse los terminales de los devanados enlos diferentes tipos de máquinas para que inviertan su sentido de giro.

+

–

BA

FE

Máquina serie

+ –

BA

DC

Máquina Shunt

+ –

BA

K J

Máquina Independiente+

–

mentacón 1

Alimentación 2

a Figura 4.29. Conexión de bornes para la inversión del sentido de giro.

3.3. El arranque de los motores de corriente continua

En el momento de su arranque un motor de corriente continua genera una sobre-corriente que puede ser perjudicial, tanto para la instalación de alimentación comopara los devanados de la propia máquina. Para disminuir dicha corriente se conectaun reóstato en serie con el devanado inducido. Así, cuando el motor alcanza su

funcionamiento nominal, en velocidad y en corriente, el reóstato se anula.

EJEMPLO

La siguiente figura muestra cómo se conecta el reóstato en serie con elinducido para el arranque de un motor Shunt.

| | | | | |

| |

| |

| |

|

|

| |

| |

| | | | |

| | | | | | || | || | | | | | |

| | |

| | |

| | |

|

|

|

| | |

| | | | | | | | |

1 0 00

50

edit ex

Fusibles

Reóstato

de

arranque

I I

Editex J C M C

+

-

BA

FE

1 2

1 3

3 4

2 4

–

+ + – –

+ –

A B

C D

A

A

0

10

0,5

J .C.M.Cas til loEditex

Reóstato

a Figura 4.30. Arranque de un motor Shunt.

+ –

+ –

+ –

+ –

a Figura 4.28. Sentido de giro e

motores: antihorario (arriba) y hrario (abajo).

El REBT en la instrucción ITC-BT-4establece que la constante máma de proporcionalidad entla intensidad de la corriente darranque y la de plena carga, elos motores de corriente continudebe ajustarse a los siguientvalores:

Potencia Constante

De 0,75 kWa 1,5 kW

2,5

De 1,5 kWa 5,0 kW

2,0

De más de5,0 kW

1,5

recuerda

(continúa)



26 Unidad 4

3.4. Variación de velocidad

La velocidad de un motor de corriente continua es directamente proporcional a latensión del inducido V

AB e inversamente proporcional al campo de excitación Φ .

La constante K es propia de la máquina y es definida por el fabricante en funciónel número de polos, de espiras y de derivaciones del devanado.

N =V AB

K · Φ

Así, es fácil comprender que si se varía la tensión del devanado inducido o si semodifica el campo del inductor, variando la corriente que por él circula, también

lo hace la velocidad de la máquina.

V+

V–

Reóstato Reóstato

V+

V–

Regulación a par constante Regulación a potencia constante

a Figura 4.31. Conexión del reóstato de regulación de la velocidad.

La forma clásica de regular la velocidad en un motor de corriente continua sebasa en insertar un reóstato de potencia adecuada en serie con uno de los de-vanados. Si bien esta forma es sencilla y eficaz desde el punto de vista eléctrico,no lo es tanto desde el punto de vista del montaje y de la instalación, ya que losreóstatos de regulación son dispositivos voluminosos. Si el reóstato se conecta enel circuito del inducido, la regulación de velocidad se realiza a par constante; sin

embargo, si se conecta en el circuito inductor, se dice que la regulación se realizaa potencia constante.

En la actualidad el arranque y la regulación de velocidad en máquinas de co-rriente continua, cuando esta funciona como motor, se realiza utilizando medioselectrónicos. Esto presenta las siguientes ventajas:

• Menor espacio en el cuadro de control.

• Mayor facilidad en el ajuste y configuración.

• Mejor interconexión con otros sistemas de control industrial, como pueden serlos autómatas programables.

La puesta en tensión de la máquina debe hacerse con el reóstato a máximaresistencia. Así, disminuiremos progresivamente el valor óhmico hasta que elmotor consiga su velocidad nominal, en cuyo caso el valor de la resistencia debeser cero. Observa lo que ocurre con la corriente.

En un motor en derivación, si sedesconecta el devanado inductorcon el motor en marcha, este seembala de forma peligrosa. Tam-bién puede producirse este efectoen motores en serie si no se colocacarga en el eje.

recuerda

En la actualidad la regulación develocidad se realiza utilizando me-dios electrónicos.

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(continuación)




Analizando las curvas de variación de velocidad y tomando en este caso comoreferencia un motor Shunt o uno con excitación independiente, se puede com-probar cuál es el comportamiento de la máquina.

• Variación de velocidad regulando la tensión del inducido. En la curva se ob-serva cómo al regular la tensión del inducido V

AB, la velocidad varía de forma

constante. En este caso se ha representado una línea recta que corresponde

a la variación de velocidad del motor sin carga. No obstante, si el motor dis-pone de un par resistente en su eje, esta puede no ser exactamente una recta,debido a las deformaciones del flujo producidas por el efecto de la reaccióndel inducido.

N

VAB

V e l o c i d a d

Tensión del inducido

a Figura 4.32. Curva de tensión inducida-velocidad.

• Variación de la velocidad regulando la corriente de excitación. En la curva seobserva cómo al disminuir la corriente de excitación, la velocidad del motoraumenta. En este caso hay un punto crítico de corriente Ia, que indica que aldisminuir demasiado la intensidad de la excitación, la máquina tiende a em-

balarse, aumentando de forma peligrosa su velocidad.

Corriente excitación

N

Iexc

V e l o c i d a d

Ia

Na

Nn

In

E m b a l a m i e n t o

a Figura 4.33. Curva de corriente de excitación-velocidad.

3.5. Característica de velocidad

Se denomina característica de velocidad a la curva que representa el comportamien-to de un motor cuando sobre su eje aumenta la carga y se mantiene invariable latensión de alimentación.



28 Unidad 4

Supondremos un circuito para el funcionamiento de un motor de excitaciónindependiente o uno de excitación Shunt. Una vez arrancado, si se mantiene latensión de alimentación al motor, tanto del inducido como de la excitación, almodificar el valor de la carga en su eje, se observa que la velocidad y la corrientedel inducido cambian.

Hay que tener en cuenta que en los motores de derivación, debido a que se

encuentran autoexcitados, la velocidad tiende a autorregularse. Además, dichavariación de velocidad no es superior al 10%, lo que significa que en este tipo demotores, la velocidad se mantiene estable aunque se modifique su carga.

3.6. Característica de par

El par interno del motor se relaciona directamente con el flujo de la excitación ycon la corriente del inducido. Así, si el flujo generado por el campo de excitaciónno varía, el par motor dependerá de forma proporcional de la corriente del inducido.

Corriente del inducido

N

IAB

V e l o c i d a d

a Figura 4.34. Característica de par.

3.7. Característica par-velocidad

También denominada característica mecánica, se representa mediante una curvaen la que se relaciona el par motor con la velocidad. En ella se observa cómo elpar útil disminuye de forma constante a medida que la velocidad aumenta. Así,el par se mantiene constante a velocidad nominal. El par de arranque es muyelevado, pero también lo es la corriente absorbida en ese instante.

Par

Pn

N

Nn N

0

a Figura 4.35. Característica par-velocidad.




4. Devanados en máquinasde corriente continua

En este apartado se estudiará el diseño de los devanados en máquinas de corrientecontinua desde el punto de vista de su esquema y su ejecución. El cálculo eléctri-

co o redimensionado de la máquina se sale de los objetivos de estos estudios, porlo que aquí solamente se trabajarán los conceptos y habilidades correspondientesa la reparación e, incluso, al rebobinado de una máquina de corriente continuasin modificar sus características eléctricas.

4.1. Devanado inductor o de excitación

El devanado inductor o de excitación se encuentra instalado en el estator y dis-pone de tantas bobinas como número de polos tiene la máquina. Además, si estáprevista la instalación de polos de conmutación, debe añadirse un número debobinas auxiliares igual al número de polos principales.

Cada bobina debe generar un polo magnético. Así, al menos debe haber dosbobinas de signos contrarios para generar un campo magnético de excitación.

Las bobinas están formadas por numerosas espiras de hilo esmaltado con dos ter-minales de conexión. Estos se utilizarán para la conexión de las otras bobinas delmismo devanado al interior de la caja de bornes. Todo el conjunto se cubre concinta de algodón y posteriormente se impregna de barniz.

a Figura 4.37. Detalle de una bobina inductora en un polo de tipo saliente y extraíble.

Las bobinas del devanado inductor se construyen teniendo en cuenta el tipo deexcitación de la máquina, ya que no es lo mismo una bobina destinada a una

máquina con excitación en serie que a una de tipo Shunt.La conexión entre bobinas inductoras se hace en serie de modo que los signosde los polos magnéticos sean contrarios para bobinas contiguas (N-S-N-S, etc.).Así, para una máquina bipolar deben conectarse dos bobinas, para una tetrapolarcuatro bobinas, y así sucesivamente. El signo del polo es fácil de identificar, dandopor supuesto un sentido de la corriente en la bobina y aplicando la regla de lamano derecha o la regla del sacacorchos.

La siguiente figura muestra cómo se consiguen los polos en dos bobinas que es-tén situadas en un mismo plano y con la misma posición del arrollamiento delconductor.

Terminales del h

esmaltado

Fundas aislante

Hueco para la

pieza polar

Bobina encintad

a Figura 4.36. Bobina polar o i

ductora.

a Figura 4.38. Forma de averigu

la polaridad de la bobina.



30 Unidad 4

Quedaría del siguiente modo:

I I

I I

NS

Sin embargo, cuando dichas bobinas se encuentran situadas en la carcasa de lamáquina, la disposición de terminales puede estar cambiada respecto al esquemaanterior. En este caso es necesario conocer el sentido de arrollamiento del con-ductor y aplicar la regla de la mano derecha en cada uno de los polos.

EJEMPLO

En la siguiente máquina se representa la conexión de las bobinas insta-ladas en la culata de una máquina bipolar.

Rotor

Así, si las bobinas se representan con la cara o lado que mira hacia el rotor, laconexión de ambas bobinas es la siguiente:

I

N S

I

ACTIVIDADES

1. Dibuja cómo sería la conexión de las bobinas inductoras para una máquina rotativa de 4 polos.

c Figura 4.41. Conexión

de bobinas.

c Figura 4.40. Conexiónde bobinas inductoras

en una máquina bipolar.

d Figura 4.39. Conexión de

bobinas inductoras en una

máquina bipolar (derecha)

y conexión simplificada

(izquierda).

Si una máquina dispone de 4 bobi-nas de gran tamaño, significa quetiene cuatro polos.


Podría ocurrir que por motivosconstructivos, y para facilitar laconexión entre bobinas en el inte-rior de la máquina, algunos fabri-cantes opten por realizar el arro-llamiento del hilo de las bobinaspolares en sentido contrario unas

de otras. Esto habrá que tenerlomuy en cuenta en el momento dela conexión entre ellas, pues asíconseguimos polos de diferentesigno.

importante




4.2. Devanado del inducido o de la armadura

El devanado del inducido se aloja en el rotor y se conecta al exterior a través deldispositivo de conmutación.

Parte inferior

de bobinas

Conexiones de terminales

de bobinas al colector

Cabezas de las bobinas

Ranuras con haces

activos de las bobinas

a Figura 4.43. Partes del inducido de una máquina de corriente continua.

Todos los inducidos que se realizan en la actualidad son de tipo tambor. En ellostodas las bobinas se alojan en las ranuras de un núcleo con forma cilíndrica fa-bricado en chapa magnética. Los terminales se conectan a las delgas del colector.

Cada devanado está formado por un número determinado de bobinas, cuyosterminales (al menos 2) se encuentran entre dos delgas diferentes del colectorsiguiendo un criterio geométrico que se verá más adelante.

Conexiones delos terminales

Bobina

Delgas

Ranuras delrotor

a Figura 4.44. Bobina en inducido.

Para facilitar la representación de esquemas de devanados, las bobinas se dibujancon un solo hilo, representado sus cabezas, lados activos y terminales de co-nexión. En los esquemas no se representan las ranuras, aunque de forma opcionalpueden aparecer con un número para identificar el orden en el devanado.

3 4 6

Lados activosen ranuras

Cabeza de bobina

Terminales debobinas en delgas

Número de ranura

a Figura 4.45. Representación de una bobina.

N

S

Ranuras con

los conductor

de las bobina

Tambor

Colector

a Figura 4.42. Conductores en

tambor del inducido.



32 Unidad 4

Secciones inducidas

Una bobina se divide en diferentes partes que se alojan en las mismas ranuras yque poseen sus propios terminales de conexión. A cada una de ellas la llamamossección inducida. Así, una bobina con una sola sección inducida dispone de dosterminales de conexión. Si son dos las secciones inducidas, tiene cuatro termina-les de conexión, y así sucesivamente.

1 sección inducida 2 secciones inducidas 3 secciones inducidas

a Figura 4.46. Bobinas con una o varias secciones inducidas.

En cierto modo se puede decir que las secciones inducidas son en realidad bobinasindependientes que se alojan en las mismas ranuras de la armadura.

El número de secciones inducidas S de un devanado es igual al número de delgasdel colector D.

S = D

De igual forma, el número de secciones inducidas por bobina u es el resultadode dividir el número de delgas D del colector entre el número de ranuras de laarmadura K.

u =D

K

En los esquemas de devanados los lados activos que van en el interior de las ra-nuras se pueden representar de dos formas:

1. Utilizando líneas individuales de trazo continuo para las de la primera capa(salientes), y utilizando líneas de trazo discontinuo para las de la segunda (en-trantes).

2. Utilizando líneas de color grueso, una para primera capa y otra para la segunda.De ellas saldrán las cabezas de cada una de las secciones inducidas.

3

Forma 1 Forma 2

a Figura 4.48. Formas de representación de las secciones inducidas en un devanado.

Todas las secciones inducidas deuna bobina deben ser iguales enel número de espiras y en el diá-metro del conductor.

importante

Las secciones inducidas se realizanen el momento de construcción dela bobina, colocando tantos hilosen paralelo como secciones indu-cidas se deseen conseguir.

saber más

Las bobinas de máquinas de granpotencia se construyen con pletinasen lugar de usar hilo esmaltado.

saber más

a Figura 4.47. Bobina preformada

(Cortesía de Telsen.net).




4.3. Clasificación de los devanados

Los devanados de los inducidos se clasifican según diferentes criterios:

Según el número de capas por ranura

Aparecen distintos casos en función del número de bobinas que ocupan una ra-nura. Los devanados pueden ser de una o de doble capa.

Los devanados de una capa son aquellos en los que una ranura es ocupada solamen-te por los conductores de una sola bobina. Los devanados de dos capas son aquellosen los que la ranura es ocupada en dos niveles por los lados activos de dos bobinas.

Dos capas

por ranuraRepresentaciónabreviada

a Figura 4.49. Devanados de doble capa.

Es evidente que aquellos devanados que requieran más de una sección inducidaen sus bobinas, todas ellas estarán en su capa correspondiente.

1 sección por capa 2 secciones por capa 3 secciones por capa

a Figura 4.50. Secciones inducidas por capa.

En los devanados que requieren más de una sección inducida, los lados activos dela bobina saliente de una ranura se colocan en la capa superior y los entrantes en

la capa inferior de la ranura a la que saltan.

En algunas ocasiones puede ser necesario detallar la conexión de cada una de lassecciones inducidas. Para ello se utiliza un esquema similar al de la figura.

Ranura 6

Delgas

Ranura 9

a Figura 4.52. Detalle de conexión de secciones inducidas en un devanado.

Por lo general, los devanados dlos inducidos se ejecutan todosdoble capa.

saber más

Representaremos la capa suprior como el conjunto de hacactivos salientes de una bobinLa capa inferior representará

de los entrantes. En los esquemlos primeros aparecerán con líncontinua y los segundos en línediscontinua.

recuerda

Los devanados de doble cap

requieren dos terminales por cadelga del colector.


c Figura 4.51. Detalle del ca-

bleado de dos secciones in-

ducidas de un devanado de

doble capa.



34 Unidad 4

Según la conexión de bobina en el colector

En función de cómo se conecten los finales de las bobinas y secciones inducidasen el colector, los devanados pueden ser:

• imbricados o en paralelo,

• ondulados o en serie.

Devanados imbricados

También denominados devanados paralelos, se caracterizan porque cada lado dela bobina queda situado debajo de un polo de signo contrario.

Este tipo de devanados a su vez se clasifican en simples y múltiples.

• Devanados imbricados simples. Los terminales se conectan siempre a delgasadyacentes, pudiendo hacerse en la anterior o en la posterior. Si la conexiónse realiza en la siguiente delga, el devanado avanza en sentido horario y sedenomina progresivo o no cruzado. Si por el contrarios la conexión se realizaen la delga anterior, el devanado retrocede denominándose regresivo o cruzado.

S N

4 5

N S

3 4

Devanado progresivo(no cruzado)

Devanado regresivo(cruzado)

a Figura 4.54. Detalles de devanados imbricados simples.

EJEMPLO

En la siguiente figura se muestra cómo se ejecuta un devanado a dos capas.

67

93

5

8

S

a Figura 4.53. Distribución de los devanados en dos capas.

En el esquema del devanado (izquierda), se representan dos haces activos encada ranura. Si nos centramos en la ranura marcada como número 6, se puedever que la bobina de color verde es entrante y la bobina de color rojo saliente.Así, las primeras siempre se montarán en la capa inferior de la ranura y lassegundas en la superior, siendo habitual que el lado que llega a las ranuras serepresente de forma punteada y el que sale de ellas en línea continua.

Español-InglésDevanado: winding

Devanado de inducido: armadurewinding

Devanado imbricado: lap winding

Devanado ondulado: wavewinding

Bobinas serie: coils series

Bobinas de campo (inductoras):field coil

Progresivo: progressive

Regresivo: retrogressive

vocabulario

El devanado progresivo o no cru-zado es el más común para elbobinado de inducidos.

saber más




En este tipo de devanados el número de ramas en paralelo es igual al númerode pares de polos. Es decir, dos para las máquinas bipolares, cuatro para lastetrapolares, seis para las hexapolares, y así sucesivamente.

• Devanados imbricados múltiples. Cuando la máquina es de gran potencia ytrabaja con tensiones reducidas, la corriente de las ramas paralelas del devana-do aumenta de forma considerable. En estos casos, para completar el recorrido

de todas las secciones inducidas del devanado, hay que dar varias vueltas alinducido. Así, si solamente se dan dos vueltas, el devanado se denomina doble;si se dan tres, triple, y así sucesivamente. No obstante, no es habitual realizardevanados superiores al doble.

8 6 7

1 2 3 5 6 7

N S

2 4

a Figura 4.55. Ejemplo de un devanado imbricado doble.

De igual forma que los devanados imbricados simples, los de tipo múltiplepueden ser progresivos o regresivos.

Devanados ondulados

En un devanado ondulado los terminales de las bobinas o secciones inducidas se van

conectando en avance con la armadura. Así, para recorrer un grupo de secciones in-ducidas de igual número que el de pares de polos, es necesario dar una vuelta completaal inducido. Se observa entonces que dichas secciones inducidas se encuentran co-nectadas en serie entre sí y que sus terminales se unen en delgas que no son contiguas.

En los bobinados ondulados solamente existen dos ramas en paralelo, a diferen-cia con los imbricados, que disponen de tantas ramas como polos. Este dato esimportante, ya que una máquina con un devanado ondulado, solamente requiereun par de escobillas. No obstante, para mejorar la conmutación y evitar un excesode corriente sobre ellas, es habitual disponer de tantas escobillas como pares depolos tenga la máquina.

1 8

S N S N

1 11 1 13

111 1 111

a Figura 4.56. Ejemplo de un devanado ondulado.

En los devanados imbricados simples cada bobina siempre estaconectada entre dos delgas conguas.

saber más

Debido a la disposición en serde las bobinas de un devanadondulado, estos se utilizan paaplicaciones que requieren evadas tensiones y un consumo dcorriente no demasiado alto.

saber más



36 Unidad 4

En este tipo de devanados, igual que en los imbricados, los haces activos de unamisma bobina siempre se encuentran situados bajo polos de signo contrario.

De igual forma que los devanados imbricados, los de tipo ondulado pueden serprogresivos o regresivos, además de simples o múltiples.

4.4. Datos y conceptos utilizados en el diseño de devanados

A continuación se citan los datos de uso común para el diseño de cualquiera delos devanados nombrados.

Paso polar (Y P )

Es la distancia que existe entre dos masas polares contiguas de signo contrario.En el estudio electrotécnico de las maquinas rotativas este dato suele darse deforma angular en grados. No obstante, para el diseño de los devanados es más útilutilizar dicha distancia en número de ranuras, siendo así el valor del paso polar:

Y p =

K

2 p

Donde K es el número de ranuras totales de al máquina y p el número de paresde polos.

N S S

N

N

S

Paso polar

Paso polar

Máquina bipolar Máquina tetrapolar

a Figura 4.57. Paso polar.

Paso de ranura (Y K )

Es el número de ranuras que hay de uno a otro lado activo de una misma bobina.Se representa habitualmente por Y

K .

El número de ranuras se empieza a contar en la ranura contigua a la que ubica el pri-mer haz activo de la bobina. Así, en la siguiente figura el paso de ranura Y

K es igual a 3.

12

3

410

11

12

Paso de ranura

(Yk)

a Figura 4.58. Paso de ranura.

Como se verá en el apartado rela-tivo al cálculo, el diseño de losdevanados ondulados es muchomás exigente que los imbricados,ya que los primeros no se puedenejecutar para cualquier número de

ranuras y delgas de un inducido.

saber más

Los polos de conmutación nodeben ser tenidos en cuenta paraestablecer el paso polar.

saber más

Las bobinas se montan con unnúmero de ranuras según el deno-minado paso de ranura.





El paso de ranura coincide aproximadamente con el paso polar Y P, pero en

ocasiones, en función del cálculo o del número de ranuras del inducido, pue-de ser más pequeño (paso de ranura acortado) o más largo (paso de ranuraalargado).

S

P a s o p

o l a

r

P a s o d e r a

n u

r a a

l a r

g a d o

S

P a s o p o l a

r

Pas o d e r a n u

r a a

c o r t a

d o

a Figura 4.59. Paso de ranura acortado y alargado.

A este paso también se le denomina paso o ancho de bobina, ya que es el nú-

mero de ranuras que hay que saltar para llegar desde un lado activo de la bobinaal otro.

Paso diametral

El concepto de paso diametral viene dado de las máquinas de dos polos (bi-polares), en ellas el paso de ranura coincide con el paso polar, y además conel diámetro del rotor. No obstante, esta denominación se da a todas aquellasdonde, aun no siendo bipolares, su paso de ranura o de bobina coincide con elpaso polar.

Paso de colector (Y COL)

Es el número de delgas que hay entre los dos terminales de una sección inducidao bobina.

YCOL YCOL

a Figura 4.61. Paso de colector de una bobina o sección inducida.

En cada uno de los casos el paso de colector será:

• En bobinados imbricados simples Y COL

= ±1, siendo el positivo para los progre-sivos y el negativo para los regresivos.

• En los devanados imbricados múltiples será Y COL

= ±2 para los dobles, Y COL

= ±3para los triples, etc.

En las máquinas de pequeñpotencia que funcionan commotor, se suele acortar el pade ranura para obtener un mejcomportamiento.

saber más

N

S

a Figura 4.60. Paso diametral.



38 Unidad 4

• En los ondulados simples:

Y COL

=D ± 1

p

Donde Y COL

es el paso del colector en número de delgas, D es el número dedelgas del colector y p el número de pares de polos de la máquina.

Unidades de medida para el diseño del devanado

La medida de los pasos o anchos nombrados anteriormente para el diseño deldevanado en la armadura puede hacerse de dos formas:

• Por número de ranuras.

• Por número de secciones inducidas.

Con cualquiera de ellas se obtienen los mismos resultados y, aunque aquí se dapreferencia a la medida por ranuras, se utilizarán también los cálculos por seccio-nes inducidas para comprobar los resultados.

Ranuras

Secciones

inducidas

1 2 3 4 5 6

a Figura 4.62.

Los anchos a tener en cuenta en el diseño de los devanados imbricados y ondula-dos (siempre en función del número de secciones) son los siguientes:

• Paso de sección ( Y 1). Es el número de secciones inducidas de la capa superior

de la ranura que hay que contar para saltar de un lado activo a otro de la sec-ción a la que se quiere aplicar el ancho. Dicho de otra forma, es el número desecciones salientes (que parten de una ranura) a contar a partir de la ranuracontigua a la que aloja las secciones de referencia, hasta localizar los hacesactivos de la capa inferior de dicha sección.

En la figura anterior se muestra cómo el paso de sección de este devanado es 6,ya que es el número de lados activos de las secciones que se encuentran en lacapa superior antes de llegar a la ranura 4, que es la que aloja los haces activos

de entrada de la bobina de referencia.

El ancho de sección (Y 1) es el producto del ancho de bobina Y

K (salto de ranu-

ra) por el número de secciones inducidas por bobina u.

Y 1 = Y

K · u

• Paso de conexión ( Y 2). Es el número de secciones inducidas de la capa su-

perior que existe para realizar la conexión entre el final de la sección y elprincipio del haz activo de la siguiente. Es decir, es el número de seccionesinducidas que hay que saltar para realizar la conexión entre una sección in-ducida y la siguiente.




El paso de conexión es diferente según el tipo de ejecución del devanado.

Así para los de tipo imbricado es:

Y 2 = Y

1 – Y

COL

Y para los de tipo ondulado:

Y 2 = Y

COL – Y

1

La figura que engloba todo lo anterior es la siguiente:

N NS

2 8 91

Y1 Y2

YCOL

YCOL

3

N S

1 2

Yp

YCOL Y2

YCOL

Y1

Devanados onduladosDevanados imbricados

a Figura 4.63. Anchos y pasos requeridos para el diseño de devanados de inducidos.

4.5. Diseño de devanados imbricados simples

A continuación se describe el proceso de diseño de los devanados imbricados simples.El cálculo se realiza desde su punto de vista de su representación geométrica en el es-quema, para su posterior rebobinado en una máquina similar. En ningún caso se reali-zará el cálculo para una máquina nueva, ya que se sale de los objetivos de esta unidad.

El diseño de un devanado requiere conocer previamente cuáles son los datosrequeridos para su representación gráfica y su posterior ejecución en la armadura.

Datos previos al cálculo

Se debe partir de un conjunto de datos conocidos:

• pares de polos de la máquina ( p),

• número de ranuras (K ),

• número de delgas del colector (D),

• paso de colector Y COL

= ±1, siendo el positivo para los progresivos y el negativo

para los regresivos.

a Figura 4.64. Número de delgas. a Figura 4.65. Número de ranuras.



40 Unidad 4

Secuencia de cálculo

A partir de los datos conocidos comienzan los cálculos necesarios para un correc-to dimensionado del devanado:

• Paso 1. Se comprueba si el devanado se puede ejecutar. Para ello se divide elnúmero de ranuras de la armadura K entre el número de pares de polos p. Elresultado debe ser un número entero.

k

p = Número entero

Si no se cumple esta condición, el devanado no es viable.

• Paso 2. Se calcula el ancho de bobina o paso de ranura Y K y el número de

secciones inducidas por bobina u:

Y K =

K

2 p u =

D

K

• Paso 3. Con estos dos sencillos cálculos ya es posible dibujar el esquema del

devanado. No obstante, es aconsejable disponer de otros datos para un mejordesarrollo del mismo. Algunos de estos cálculos son:

Paso polar Y P = Y

K

Número total de secciones inducidas S = D

Número de bobinas del devanado B = K

Ancho de sección (Y 1) Y 1 = Y K · u

Paso de conexiónEn secciones inducidas (Y 2) Y 2 = Y 1 – Y

COL

En ranuras (Y CONEX ) Y CONEX = Y COL – Y K

El paso de conexión se puede hacer por secciones inducidas (Y 2) o por ranuras

(Y CONEX

). En cualquier caso el resultado es el mismo.

Si el número de secciones inducidas es 1, los resultados para Y 1 e Y

2 coinciden

con las unidades de medida dadas en número de ranuras.

EJEMPLO

A continuación se muestra un ejemplo de cálculo y representación de undevanado imbricado simple progresivo.

Datos previos

• Número de polos: 4 (2 pares de polos) p = 2

• Número de ranuras K = 12

• Número de delgas D = 12

• Paso de colector Y COL

= +1 (progresivo)




Datos principales

• Condición de ejecución.

K

p =

12

2 = 6

Es un número entero, por tanto el devanado se puede ejecutar.

• Paso de ranura o de bobina.

Y K =

K

2 p =

12

4 = 3

• Secciones inducidas por bobina.

u =D

K =

12

12 = 1

Otros datos

• Paso polar. Y P = Y

K = 3

• Número total de secciones inducidas. S = D = 12

• Número de bobinas del devanado. B = K = 12

• Ancho de sección. Y 1 = Y

K · u = 3 · 1 = 3

• Paso de conexión. Y 2 = Y

1 – Y

COL = 3 – 1 = 2

Se mide en secciones inducidas, sin embargo en este caso, al ser 1 el número desecciones inducidas por bobina, se puede medir también en ranuras.

Diseño del esquema del devanado

1. Sabiendo que el número de secciones inducidas por bobina es 1, se dibujanlos haces activos de todas las bobinas en las ranuras (con línea continua elhaz de la capa superior de la ranura y con línea discontinua el de la capainferior). Las ranuras se pueden numerar si se desea. En el ejemplo se haconsiderado que la ranura número 1 es la que se encuentra en el extremoizquierdo. No obstante, dicho orden no es significativo para la ejecucióndel esquema.

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

a Figura 4.66. Representación de haces activos en ranuras.

2. Se dibuja la cabeza de una bobina estableciendo el paso de ranura Y K en

3. Para ello se cuentan tres ranuras a partir de la contigua a la que se hadibujado el primer haz activo.

(continúa)



42 Unidad 4

Quedaría así:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Ranuras a contar

Yk

a Figura 4.67. Paso de ranura.

3. Siguiendo la misma pauta, se dibujan las cabezas de todas las bobinas.Aquellas que quedan cortadas en ambos extremos del esquema, se pue-den etiquetar opcionalmente para identificar mejor el recorrido del deva-nado. En este caso se ha optado por disponer de la misma letra para losextremos correspondientes a la misma bobina o sección inducida.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

a

b

c c

b

a

a Figura 4.68. Representación de cabezas de ranura.

4. Se conecta el haz activo saliente de la capa superior de la primera bobina(ranura 1) a una delga del colector, que puede ser etiquetada como lanúmero 1. El haz activo saliente de la misma bobina se contactará a ladelga contigua (2), ya que es un devanado imbricado progresivo.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

112 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

a Figura 4.69. Conexión al colector.

5. El paso de conexión (Y 2) es de 2 secciones inducidas, que en este caso

coincide con 2 ranuras. Se une la delga etiquetada con el número 2 al hazactivo saliente de la siguiente bobina o sección inducida.

1 2 3 4

Y2

112 2 3

Ranuras a contar

1 2 3 4

112 2 3

a Figura 4.70. Paso de la conexión (izquierda) y detalle de la conexión (derecha).

(continuación)




6. Se completan todas las conexiones entre bobinas y delgas.

112 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

a

b

c c

b

d

e e

d

a

a Figura 4.71.

7. Se establece la posición de las escobillas comenzando por la delga número1. Como es una máquina de 4 polos, se deben dibujar 4 escobillas equi-distantes entre sí, ubicadas en las delgas 1-7 y 4-10 para sus respectivossignos.

8. Y, finalmente, como comprobación se establece un sentido de corrien-te arbitrario para las escobillas. En este caso se ha considerado que lacorriente entra por las escobillas de las delgas 1 y 7, y sale por las delgas4 y 10. Así, si en cada haz activo se representa con una flecha el sentidode la corriente, se comprueba que está correctamente dibujado, ya que seconsiguen dos polos de un signo y otros dos de otro, siendo alternativosentre sí.

112 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

a

b

c c

b

d

e e

d

a

N NS

a Figura 4.72.

9. Así, la representación circular de este devanado es:

1

2

3

4

56

7

8

9

10

11 12

12

3

4

5

67

8

9

10

11

12

a Figura 4.73. Representación circular.

1

2

3

4

567

8

9

10

11 12

12

3

4

5

67

8

9

10

11

12

a Figura 4.74. Colocación de bob

nas y conexiones.



44 Unidad 4

EJEMPLO

En el ejemplo anterior se mostraba el devanado imbricado simple pro-gresivo correspondiente al inducido de una máquina de corriente conti-nua de 4 polos 12 ranuras y 12 delgas en el colector.

Si para las mismas características de máquina, se desea ejecutar un devanado

de tipo regresivo o cruzado, todos los datos de cálculo serán idénticos salvoaquellos que se encuentren afectados por el paso de colector, que es –1.

Así los datos que cambian son:

• Paso del colector. Y COL

= –1 (regresivo)


1 – Y

COL = 3 + 1 = 4

Como Y 2 es 4, las conexiones son de tipo cruzado:

3 4 5 6 7

1 2 3 4 5

Y2

Paso de conexión

a Figura 4.75. Paso de conexión regresivo.

De esta forma, el esquema del devanado el siguiente:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

NNS

a

b

c

def

g

a

b

c

def

g

1211 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

a Figura 4.76. Devanado de tipo regresivo o cruzado.

En él se observa que al situar las escobillas en las mismas delgas que en el deva-nado anterior, al hacer el seguimiento del sentido de la corriente, el progreso sehace hacia la izquierda en lugar de hacia la derecha como ocurría en el ejemploanterior.

En este caso el paso de conexión (Y 2) tiene un valor superior, en una unidad,

al paso de sección (Y 1), por tanto, el retorno de la conexión se hace sobre una

delga contigua anterior a la que se comenzó.




4.6. Diseño de devanados imbricados con másde una sección

El proceso de cálculo es el mismo que el visto anteriormente. La diferencia radicaen que en este tipo de bobinado hay más de una sección por capa y, por tanto, esnecesario tenerlo en cuenta en el momento del diseño.

El número de secciones inducidas por bobina viene dado por la expresión:

u =D

K

Se deduce fácilmente que estos devanados se dan siempre que el número deranuras sea inferior al número de delgas. Además, para que todas las bobinas dis-pongan del mismo número de secciones inducidas, la relación entre D y K debeser del doble, triple, etc.

EJEMPLO

A continuación se muestra un ejemplo de cálculo y representación de undevanado simple progresivo.

Datos previos

• Número de polos: 2 (1 par de polos) p = 1

• Número de ranuras K = 6


• Paso de colector Y COL

= +1 (progresivo)

Datos principales

• Condición de ejecución.K

p =

6

1 = 6

Es un número entero, por tanto el devanado se puede ejecutar.

• Paso de ranura o de bobina. Y K =

K

2 p =

6

2 = 3

• Secciones inducidas por bobina. u =D

K =

12

6 = 2

Otros datos

• Paso polar. Y P = Y K = 3• Número total de secciones inducidas. S = D = 12



K · u = 3 · 2 = 6 secciones


1 – Y

COL = 6 – 1 = 5 secciones

• Número total de secciones inducidas del devanado: 24.

Si el número de secciones indudas es 1, los resultados para Y 1 ecoinciden con las unidades de meda dadas en número de ranuras.

importante

(continúa)



46 Unidad 4


1. Se representan los lados activos de las secciones inducidas en las ranuras,que en este caso son 2 por bobina.

1 2 3 4 5 6

a Figura 4.77. Haces activos de las secciones inducidas en ranuras.

2. Teniendo en cuenta que el ancho de sección Y 1 es 6, dibujamos las cabezas

que unen los haces activos salientes de la ranura 1 con los haces activosentrantes de la ranura 4. El número de secciones se cuenta a partir de laranura contigua a la bobina que se esté tomando como referencia.

1 2 3 4 5 6

Secciones inducidas a contar

(en este caso Y1 = 6)

a Figura 4.78. Ancho de sección.

3. Se unen las cabezas de todas las secciones inducidas.

1 2 3 4 5 6

a Figura 4.79. Unión de las cabezas de secciones inducidas.

4. Como el paso de conexión Y 2 es de 5 secciones, por la parte de abajo del

esquema se unen entre sí la secciones inducidas de la misma bobina conlas de la siguiente según se muestra en la figura.

1 2 3 5 6

Secciones a contar para 1ª conexión.

Secciones a contar para 2ª conexión.

a Figura 4.80. Paso de conexión entre secciones inducidas.

(continuación)




4.7. Diseño de devanados ondulados simples

Los devanados ondulados se caracterizan porque las conexiones entre bobinas osecciones inducidas se realizan de tal forma que, en función del paso de conexión,se avanza buscando el principio de una bobina que esté afectada en sus hacesactivos por polos del mismo signo que los polos, de sus respectivos haces, de la

bobina inicial.

De esta forma, si una vez realizado el esquema, se siguen las conexiones entrebobinas completando una vuelta a la armadura, se llegará a la delga contigua ala que se partió.

N S N S

Delga de cierre de la primera vuelta

Delga de partida

a Figura 4.82. Vuelta completa de un devanado ondulado.

Hay que tener en cuenta que no todos los inducidos, en número de ranuras ydelgas, se pueden ejecutar como devanados ondulados, siendo en ese sentido másexigentes en el cumplimiento de las condiciones de ejecución que los de tipoimbricado

5. Se representan las delgas del colector y las cuatro escobillas separadasentre sí de forma equidistante de forma similar a lo realizado para en losejemplos anteriores.

6. De igual forma, se supone un sentido de la corriente en las escobillas y semarcan los polos del devanado.

N S1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011 12

2 3 4 5 6

a Figura 4.81. Devanado imbricado simple con dos secciones inducidas por bobina.



48 Unidad 4

Datos previos al cálculo

De igual forma que en los de tipo imbricado, se deben conocer algunos datos departida para realizar el cálculo: pares de polos de la máquina p, número de ranurasK y número de delgas del colector D. En este caso, el paso de colector Y

P hay que

calcularlo como se indica a continuación, ya que es condición indispensable deejecución.

Secuencia de cálculo

A partir de los datos conocidos comienzan los cálculos necesarios para un correc-to dimensionado del devanado:

• Paso 1. Se comprueba si el devanado se puede ejecutar.

Y COL

=D ± 1

p = Número entero

El dato ±1 corresponde a la decisión previa que se debe tomar sobre si el deva-nado es de tipo progresivo o regresivo.

Así, para que un devanado ondulado pueda ejecutarse se debe cumplir lo si-guiente:

– que Y COL

sea un número entero,

– qué el número de delgas D del colector sea primo respecto al número depares de polos p.

• Paso 2. Realizamos los siguientes cálculos:

– Se calcula el ancho de bobina o paso de ranura:

Y K =

K

2 p

Pudiéndose acortar o alargar si se considera conveniente.

– Se calcula el número de secciones inducidas por bobina u:

u =D

K

– Se calcula el paso de conexión Y 2:

Y 2 = Y

COL – Y

K

En este caso se calcula tomado como unidad el número de secciones induci-das, pero si se deseara calcularlo en función del número de ranuras, el valor

de Y K sería modificado, es decir, el acortado o el alargado.

• Paso 3. Otros datos que conviene saber son:

Paso polar Y P =

K

2 p

Número total de secciones inducidas S = D

Número de bobinas del devanado B = K

Ancho de sección (Y 1) Y

1 = Y

K · u

El paso de ranura o ancho de bobi-na Y

K deber ser próximo al paso

polar Y P , por ese motivo se puede

alarga r o acortar.

recuerda




• Paso 4. Como se ha dicho anteriormente, con independencia del número depolos, un devanado ondulado solamente está formado por dos circuitos. Portanto, solo es necesario colocar un par de escobillas en el colector. No obstan-te, para mejorar la conmutación y repartir el consumo de corriente entre ellas,es aconsejable poner tantos pares de escobillas como polos tenga la máquina.Así, el paso para colocar las escobillas se calcula con la expresión:

Y e = D

2 p

EJEMPLO

A continuación se muestra un ejemplo de cálculo y representación de undevanado ondulado simple progresivo.

Datos previos

• Número de polos: 4 (2 pares de polos) p = 2• Número de ranuras K = 13


Datos principales

• Condición de ejecución. Y COL

=D ± 1

p =

13 + 1

2 = 7

Es un número entero. Además, el número de delgas D = 13 es primo respectoal número de pares de polos p = 2.

• Paso de ranura o de bobina.

Y K =

K

2 p =

134

= 3,25 ∼ _ 3 ( Acortado)

• Secciones inducidas por bobina. u =D

K =

13

13 = 1

Otros datos

• Paso polar.

Y p =

K

2 p =

13

4 = 3,25

• Número total de secciones inducidas. S = D = 13



K · u = 3 · 1 = 3 secciones


COL – Y

K = 7 – 3 = 4 secciones

• Paso de escobillas.

Y e =

K

2 p =

13

4 = 3,25

(continúa)

El hecho de que la máquina dcaso práctico inicial disponga depolos y solamente 2 líneas de escbillas, indica que el devanado dinducido es de tipo ondulado.




50 Unidad 4


1. Se dibujan los haces activos que se alojan en cada una de las ranuras. Eneste caso es aconsejable no numerar aún las ranuras.

a Figura 4.79. Representación de los haces activos en ranuras.

2. Como ranura de inicio se puede tomar cualquiera de las representadas. Eneste caso, para facilitar el diseño se ha tomado la tercera de la izquierda.A partir de ella se representa la primera bobina teniendo en cuenta que elpaso Y

K se ha acortado a 3. Para ello se cuentan tres ranuras a partir de la

contigua a la considerada como inicial.

3. Para dibujar la siguiente bobina (o sección inducida) se cuentan 4 ranuras(Y

2) a partir de la ranura contigua a la que aloja el lado activo entrante de

la primera bobina.

4. Se numeran las ranuras a partir de la que elegimos como primera paranuestro diseño, que se considera como la número 1.

1 2 6

Yk Y2

Ranuras a contar para Yk

Ranuras a contar para Y2

a Figura 4.83. Pasos del devanado.

5. Se dibujan las delgas del colector considerando que la número 1 es lacorrespondiente a la conexión con el terminal del haz activo de la primerabobina o sección inducida.

6. Se comprueba que el paso de colector Y COL

= 7 es correcto, teniendo encuenta que hay que contar a partir de la delga contigua a la que se conectóel terminal de la primera bobina.

6

Ycol

821 3 4 5 6 7 9 10 11 12 13

a Figura 4.84. Paso de colector.

(continuación)




4.8. Conexiones equipotenciales

Son conexiones que se realizan en los devanados que tienen varias ramas en pa-ralelo. Se utilizan para evitar una descompensación de las fuerzas electromotricesy las corrientes que circulan en cada una de ellas. Esto se debe a los efectos pro-ducidos por: la asimetría del entrehierro en diferentes puntos de la máquina o pordivergencias en diferentes puntos del circuito magnético (producidas por defectosfísicos de los polos o desigualdad en el campo de excitación).

Las conexiones equipotenciales pueden realizarse de diferentes maneras, pero lasmás utilizadas son las denominadas de 1ª clase, que se realizan en la parte inferior

de las cabezas de las bobinas donde se encuentran los terminales de conexión decada una de ellas.

112 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

a

b

c c

b

d

e e

d

a

N NS

a Figura 4.86. Conexiones equipotenciales en un devanado imbricado simple de 4 polos.

Generalmente, las conexiones equipotenciales se realizan por el lado del colectoruniendo delgas entre sí mediante soldaduras; sin embargo, en ocasiones este tipode conexiones se hace en el lado en el que se encuentran las cabezas superioresdel devanado.

7. Se dibuja el resto del bobinado siguiendo la misma pauta.

8. Se representan las escobillas. En este caso se ha decidido instalar cuatro,a pesar de que un devanado ondulado solamente necesita dos. Como elnúmero de delgas es impar, el paso obtenido para ello es Y

e = 3,25.

1 8

S N S N

2 3 4 5 6 7 9 10 11 12 13

1 21312 3 4 5 6 7 8 9 10 11

a

b

c

a

c

b

edgf

defg

a Figura 4.85. Devanado completo con escobillas.

Sabiendo que el número de ramen paralelo es igual al número polos de la máquina, podemdiseñar las conexiones equipoteciales de 1ª categoría utilizando siguientes expresiones de cálcul

Número de conexiones equipoteciales:

N eq

= K p

Paso o ancho de la conexión equpotencial:

Y eq

=

K

p

saber más



52 Unidad 4

ACTIVIDADES FINALES

1. Identifica cada una de las partes de esta máquina rotativa de corriente continua.

1

2

3

4

56

7

8

9

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

a

Figura 4.87.

2. Di cuáles de estos devanados se pueden ejecutar y cuáles no.

• Imbricado simple: 32 ranuras, 16 delgas y 2 pares de polos.

• Imbricado simple: 13 ranuras, 23 delgas y 3 pares de polos.

• Imbricado ondulado simple: 23 ranuras, 23 delgas y 1 par de polos.

• Imbricado ondulado simple: 11 ranuras, 22 delgas y 2 pares de polos.

3. Dibuja cómo se deben conectar las bobinas inductoras en una máquina de corriente continua de 8 polos.

4. Haz lo mismo para una máquina de 6 polos. ¿Puede ser el número de polos impar?

5. Utilizando una máquina rotativa de corriente continua que haya en el aula taller, realiza los cálculos paraun número de pares de polos que permita que el devanado se pueda ejecutar. Luego realiza todas las ac-tividades profesionales propuestas de esta unidad.

6. Dibuja el esquema del inducido de una máquina de corriente continua de 4 polos sabiendo que el númerode ranuras y el de delgas es el mismo: 16. Representa las escobillas y la polaridad en cada haz activo de lasbobinas.

a Figura 4.88.




7. Dibuja el esquema de un devanado imbricado simple para una máquina de 4 polos, 16 ranuras y 32 del-gas. Representa las escobillas y la polaridad en los haces activos de las bobinas.

a Figura 4.89.

8. Dibuja el esquema de un devanado ondulado simple para una máquina de 4 polos, 17 ranuras y 17 del-gas. Representa las escobillas sabiendo que se van a instalar tantas como polos.

a Figura 4.90.

9. Dibuja en tu cuaderno el esquema de un devanado imbricado simple para una máquina de 13 ranuras, 39delgas y 2 polos.

10. Haz lo mismo para devanado imbricado simple destinado a una máquina de 17 ranuras, 51 delgas y 1 parde polos.

entra en internet

11. Localiza imágenes de cómo se construyen las bobinas de los inducidos destinados a máquinas de granpotencia.

12. ¿En qué consiste el torneado del colector?

13. Localiza un vídeo de cómo se bobina un inducido de forma manual y otro con una máquina automática.

14. ¿Qué es un motor sin escobillas?, ¿tiene algo que ver con lo estudiado en esta unidad?



54 Unidad 4

HERRAMIENTAS• Martillo con cabeza de nailon

• Llaves Allen de diferentes tamaños

• Juego de llaves fijas y/o de tubo

• Recipiente o gaveta de plástico

• Extractor de cojinetes

• Guantes, alicates y extractor

de chavetas

MATERIAL• Una máquina de corriente continua

• Rotulador permanente y cinta aislante


Desmontaje de una máquina

rotativa de corriente continua

OBJETIVO

Conocer las técnicas y herramientas utilizadas para desmontar una máquinarotativa.

PRECAUCIONES

• Utiliza guantes en la operación de desmontaje y montaje de la máquina.

• Cubre de cinta aislante los huecos de las chavetas para evitar cortes con el filode sus bordes.

DESARROLLO

1. Preparar la mesa de trabajo con el equipo de herramientas necesario para el desmontaje de la máquina. Esaconsejable disponer de una bandeja o gaveta para dejar en ella todos los elementos que se retirarán en estaoperación.

a Figura 4.91. Algunas de las herramientas necesarias para desmontar la máquina.

2. Utilizando un rotulador permanente, realizar marcas en los dos escudos de la máquina de tal forma que identifi-ques claramente en qué lado de la culata están ubicados cada uno de ellos.

a Figura 4.92. Marcaje de culatas.

3. Por la ventana del escudo que contiene las escobillas, las retiramos para evitar que se dañen en el proceso dedesmontaje.

4. Utilizando un extractor de chavetas retiramos las de ambos extremos del eje. Si no dispones del extractor, pue-des usar un alicate universal o de pico de pato. También, a modo de truco, puedes emplear pequeño tornillo debanco portátil fijando y tirando de la chaveta.




5. Cubre el hueco de la chaveta con un par de vueltas de cinta aislante, ya que el filo de sus bordes puede provocaralgún corte durante la manipulación del rotor.

a Figura 4.93. Retirada de escobillas, extracción de chavetas y taponado del hueco de la chaveta.

6. Si la máquina dispone de acoplamientos, ventiladores o cualquier otro elemento en su eje, es necesario retirarloutilizando un extractor de dimensiones adecuadas.

a Figura 4.94. Extracción de los acoples del eje de una máquina rotativa.

7. Utilizando las herramientas apropiadas, afloja los tornillos o pasadores que sujetan los escudos a la culata de lamáquina y, de forma cuidadosa, retira los escudos de ambos lados. Presta especial atención al desmontaje delescudo en el que se encuentran los portaescobillas, ya que una manipulación precipitada e inadecuada puededeteriorarlos de forma irremediable.

a Figura 4.95. Retirada de los escudos.

8. Si es necesario para realizar de forma cómoda las operaciones de rebobinado, retira con un extractor los cojine-tes y el ventilador del eje.

a Figura 4.96. Máquina desmontada.

9. Con estas operaciones se concluye el desmontaje de la máquina, quedando lista para tareas de mantenimientoo rebobinado.



56 Unidad 4

HERRAMIENTAS• Herramientas de electricista

• Bobinad ora manual y tod os

sus accesorios• Devanador

• Llaves Allen, fijas y/o de tubo

• Recipiente o gaveta de plástico

• Guantes, calibre y micrómetro

• Serrucho de carpintero

• Brújula y polímetro

• Una máquina de corriente continua

• Soldador rápido

• Peladora de hilo esmaltado

MATERIAL• Rotulador permanente

• Cinta de algodón de 1 cm de ancho

• Hilo esmaltado de bobinar

• Alambre plano de atar verde

• Madera de aglomerado para

el molde de las piezas polares

• Madera de aglomerado de 6 mm

de ancho

• Estaño


Bobinado del devanado

de excitación de una máquinade corriente continua

OBJETIVO

Conocer la técnica para el rebobinado del devanado inductor de una máquinarotativa de corriente continua.

PRECAUCIONES


• Utiliza las herramientas y la bobinadora siguiendo las indicaciones de seguri-dad dictadas por tu profesor.

Nota inicial

La siguiente práctica profesional se ha planteado desde el punto de vista delrebobinado de una máquina supuestamente averiada. En ningún caso desearealizar el cálculo del circuito eléctrico de excitación para una máquina nueva. Eneste caso, se supone que conocemos el diámetro de conductor y el número deespiras para la construcción de dichas bobinas.

DESARROLLO

1. Toma medida del interior de la bobina. Si la máquina es de polos extraíbles, lasmedidas se toman con un calibre. Si la máquina es ranurada, se toma la medidacon un hilo de cobre rígido moldeando la forma en la propia máquina.

Hay que tener en cuenta que una vez finalizadas las bobinas, deben aislarse con cinta de algodón, por lo quedebe aumentarse 2 ó 3 mm cada una de las medidas, ya que si no se tienen en cuenta, puede ocurrir que la bo-bina no quepa en el interior de la pieza polar.

Bobinado del devanado

de excitación de una máquinade corriente continua

OBJETIVO

Conocer la técnica para el rebobinado del devanado inductor de una máquinarotativa de corriente continua.

PRECAUCIONES



Nota inicial

La siguiente práctica profesional se ha planteado desde el punto de vista delrebobinado de una máquina supuestamente averiada. En ningún caso desearealizar el cálculo del circuito eléctrico de excitación para una máquina nueva. Eneste caso, se supone que conocemos el diámetro de conductor y el número deespiras para la construcción de dichas bobinas.

DESARROLLO

1. Toma medida del interior de la bobina. Si la máquina es de polos extraíbles, lasmedidas se toman con un calibre. Si la máquina es ranurada, se toma la medidacon un hilo de cobre rígido moldeando la forma en la propia máquina.

A

C

a Figura 4.97. Medida en máquina de polos salientes. a Figura 4.98. Medida en máquina de polos salientes.




2. Una vez tomada la medida de la bobina, procedemos como se indicó en las prácticas profesionales de la Unidad2 para su construcción. En este caso, las bobinas inductoras se fabricarán con una bobinadora manual, bienutilizando moldes prefabricados, bien construyendo un molde con madera tipo sándwich.

00000

Mode de madera

tipo sándwich

a Figura 4.99. Molde de madera. a Figura 4.100. Colocación en bobinadora manual.

Nota. Debido a las dimensiones que tienen las bobinas inductoras y la poca docilidad que presentan una vezque están construidas, aquí se ha optado por construir un molde de madera con las dimensiones exactas, ya queesto facilita la instalación posterior de cada una de las bobinas en las piezas polares. Además, al ser el número deespiras elevado, las tapas del sándwich deben ser de grandes dimensiones para cubrirlas sin dificultad.

3. Para construir la bobina se seguirán las técnicas vistas en la práctica profesional de la Unidad 2. No olvides colocarel alambre de atar para que la bobina no se desmorone una vez que se haya extraído de la bobinadora.

4. Encinta fuertemente toda la bobina con la cinta de algodón. El atado final puedes hacerlo dividiendo la cinta porla mitad y atando un extremo sobre el otro.

a Figura 4.101. Encintado de la bobina inductora.

5. Siguiendo los pasos vistos anteriormente, construye tantas bobinas inductoras como sea preciso para la máquinacon la que estés trabajado. Recuerda que el número de bobinas es igual al número de polos y aquí se ha conside-rado que la máquina que se está reparando es bipolar.

6. Coloca cada bobina en el interior de su pieza polar. En el caso de que la máquina sea de polos salientes, saca elpolo de la culata e inserta la bobina en él.

a Figura 4.102. Bobina en pieza polar extraíble.



58 Unidad 4

PRÁCTICA PROFESIONAL 2 (cont.)

7. Con las herramientas adecuadas fija nuevamente las piezas polares en la culata. Ten la precaución de dejar losterminales de las bobinas del lado en el que se encuentra el orificio que comunica con la caja de bornes.

a Figura 4.103. Montaje de piezas polares en culata.

8. Realiza la conexión entre bobinas de forma que cada pieza polar tenga un signo diferente. Para ello ayúdate dela regla de la mano derecha tal y como se ha explicado en la unidad. En la figura de la izquierda se muestra cómodeben conectarse las dos bobinas para conseguir polos de diferente signo. En la figura de la derecha se muestracómo están instaladas en la culata de la máquina y la conexión entre ellas.

NS

II

NS

II

J K

a Figura 4.104. Conexión entre bobinas. a Figura 4.105. Instalación y conexión entre ellas.

9. Utiliza la técnica de soldadura blanda para unir los terminales de las bobinas. Cubre la unión con tubo flexible defibra de vidrio.

a Figura 4.106. Secuencia de montaje: en primer lugar se pelan los terminales que vamos a unir, más tarde se inserta el tubo

flexible en uno de los terminales y, finalmente, se retuerce un hilo sobre el otro.




El proceso de soldadura se muestra en las siguientes figuras:

a Figura 4.107. Secuencia final de montaje: en primer lugar se suelda la unión con estaño y, finalmente, se cubre el empalme con

el tubo flexible.

10.Comprueba con un polímetro si existe continuidad entre los terminales J-K.

P o l í m e t r o

400 mA

MAX

500 VMAX

1000V

750 V

TTL

K

a Figura 4.108. Comprobación de continuidad en el devanado de excitación.

11.Si es correcta la comprobación, alimenta con una tensión de no más de 50 V de corriente continua dichos ter-minales y acerca una brújula a las piezas polares. Si la conexión entre bobinas es correcta, en cada una de ellasdebe aparecer una polaridad diferente. ¿Qué ocurre si se invierte la polaridad de la alimentación?

JK

Brújula Brújula

50 Vcc

a Figura 4.109. Brújulas indicando la polaridad.

12.Conecta los terminales del devanado inductor a los bornes J-K de la caja de bornes de la máquina.



60 Unidad 4

HERRAMIENTAS• Herramientas de electricista

• Bobinadora manual y todos

sus accesorios• Devanador, micrómetro y polímetro

• Inducido de una máquina

de corriente continua

• Soldador

• Peladora de hilo esmaltado

• Pistola de aire comprimido

• Serreta de colectores

• Cepillos, rascadores, limas redondas

de picado, etc.

• Guillotina de cartón

MATERIAL• Rotulador permanente

• Cartón aislante

• Cuñas rígidas para cierre de ranuras

• Hilo esmaltado de bobinar

• Alambre plano de atar

• Estaño

• Cinta de carrocero de 2 cm da ancho

• Cuerda para zunchado

Bobinado del inducido

de una máquina de corrientecontinua

OBJETIVO

Conocer la técnica para el rebobinado del devanado del inducido de una máqui-na rotativa de corriente continua.

PRECAUCIONES

• En las operaciones de limpieza de ranuras debes evitar dañar la chapa mag-nética del interior.

• Realiza con precaución las operaciones de soldadura para evitar la conexiónentre delgas contiguas.


• Etiqueta adecuadamente los terminales de las bobinas para evitar errores enla conexión.

Nota inicial

La siguiente práctica profesional se ha planteado desde el punto de vista delrebobinado de una máquina supuestamente averiada. En ningún caso desea

realizar el cálculo del circuito eléctrico del inducido para una máquina nueva. Eneste caso, se supone que conocemos el diámetro de conductor y el número deespiras para la construcción de dichas bobinas.


DESARROLLO

Preparación del rotor

1. Retira el hilo y los aislantes de la máquina a rebobinar.

2. Instala el rotor en un soporte de inducidos. Esto facilitará las operaciones de limpieza, preparación y rebobinado, espe-cialmente si es de grandes dimensiones. A continuación, limpia las ranuras de la armadura utilizando rascadores, limasredondas de picado muy fino y cepillos metálicos.

Rascador

Cepillo

a Figura 4.110. Rotor sobre soporte de inducido. a Figura 4.111. Limpieza de ranuras del inducido.




3. Con una serreta de colector retira la mica y cualquier tipo de impureza que pueda haber entre las delgas. Más tarde,limpia todo el rotor utilizando una pistola de aire a presión.

a Figura 4.112. Limpieza del colector. a Figura 4.113. Soplado del rotor.

4. Comprueba con un polímetro que no existe continuidad entre delgas contiguas. Después, cortocircuita todas las del-gas del colector enrollando sobre él un par de vueltas de cable sin aislante, comprobando que no existe continuidadentre delgas y las partes metálicas del rotor.

a Figura 4.114. Comprobación entre delgas. a Figura 4.115. Comprobación entre delgas y rotor.

5. Comprueba que los aislantes rígidos que se encuentran en los laterales del tambor se hayan en buen estado. Si no esasí, deberán ser sustituidos por unos nuevos. A continuación, aísla con cinta textil adhesiva, cartón aislante o, en sudefecto, cinta de carrocero las partes de los ejes sobre las que se ubicarán las cabezas de las bobinas. Este aislamiento

evitará cualquier contacto físico de las espiras de las bobinas con la parte metálica del rotor.

Aislamiento

a Figura 4.116. Comprobación de aislantes del tambor. a Figura 4.117. Aislamiento del eje.

6. Corta una tira de cartón aislante de aproximadamente el perímetro interno de una ranura. Haz varias pruebas hastaconseguir el tamaño adecuado. Toma las medidas del modelo y corta tantas tiras de cartón aislante como ranurastenga la armadura. Finalmente, dobla cada una de las tiras de forma que se adapten al interior de las ranuras.

Aislamiento

de ranura

a Figura 4.118. Aislamiento de

la ranura.

a Figura 4.119. Preparación del cartón

para vestir las ranuras.

a Figura 4.120. Detalle de ranuras aisladas.



62 Unidad 4

Bobinado del rotor

7. Diseñar el esquema del devanado del inducido en el que se está trabajando.

Nota. Para facilitar la explicación del proceso se ha tomado como ejemplo uno de los devanados diseñados enla unidad. Exactamente se trata de un devanado imbricado simple para un rotor de 12 ranuras y 12 delgas ins-talado en una máquina de 4 polos. A lo largo de la explicación se muestran fotografías de algunos devanadosde inducidos que no corresponden exactamente con el del esquema, pero que sirven como ejemplo de cómorealizar las operaciones de montaje.

112 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

a

b

c c

b

d

e e

d

a

N NS

a Figura 4.121. Esquema del devanado.

8. Antes de comenzar a construir las bobinas se hace necesario establecer un sistema de etiquetado de terminalespara su correcta conexión al colector. Aquí se muestra una forma de realizarlo, pero cualquier otra similar puedeser igual de eficiente. Por ejemplo, cada bobina se puede etiquetar con un número 1, 2, 3, etc., seguido de dichonúmero va una letra mayúscula para indicar que es el terminal entrante de la bobina (va a en la capa superior) o

una minúscula para indicar que es el saliente (va a la capa inferior). Si el devanado dispone de varias secciones in-ducidas, se ponen letras consecutivas para cada una tanto para los terminales entrantes como para los salientes.

Ejemplo de etiquetado en una bobinacon una sección inducida

Ejemplo de etiquetado en bobinascon más de una sección inducida

• Los terminales 1A y 1a corresponden respectiva-mente a la bobina numerada con el 1 (ranuras 1-4).

• Los terminales 2A y 2a a la bobina número 2 (ra-nuras 2-5)

• Los terminales 1A y 1a pertenecen a la primera sec-ción inducida de la bobina número 1.

• Los terminales 1B y 1b pertenecen a la segundasección inducida de la bobina número 1.

• El mismo criterio se sigue para etiquetar los termi-nales de las secciones inducidas de la bobina nú-

mero 2.


1 2 3 4 5

1 2

1A 1a2A 2a

1 2

1B 1a 1b1A

2B 2a 2b2A

1B

1 2 3 4 5

a Figura 4.122. Etiquetado de una

sección inducida.

a Figura 4.123. Etiquetado de va-

rias secciones inducidas.




9. Una vez establecido el sistema de etiquetado en el caso de nuestro ejemplo, tendríamos 12 bobinas con dos termina-les cada una de ellas. Dicho referenciado se puede dibujar directamente sobre el esquema del devanado o represen-tando una tabla similar a la siguiente.

Número de bobina Terminales Ranuras

1 1A - 1a 1 - 4

2 2A - 2a 2 - 5

3 3A - 3a 3 - 6

4 4A - 4a 4 - 7

5 5A - 5a 5 - 8

6 6A -6a 6 - 9

7 7A - 7a 7 - 10

8 8A - 8a 8 - 11

9 9A - 9a 9 - 12

10 10A - 10a 10 - 1

11 11A - 11a 11 - 2

12 12A - 12a 12 - 3

10.Con un hilo rígido toma medida de la bobina en el rotor. Para ello insértalo en las ranuras correspondientes (paso debobina) teniendo en cuenta que las cabezas tienen que tener una cierta holgura para poder alojarlas adecuadamente,pero que tampoco pueden ser excesivamente largas, ya que podría no ser posible el montaje sobre el rotor.

Ancho de bobina Hilo rígido paramedida del molde

a Figura 4.124. Medida de la bobina.

11.Saca el hilo con la medida y colócalo en los moldes en la bobinadora, luego mueve los moldes hasta que su aperturase adapte a la medida tomada.

12.Construye doce bobinas siguiendo el proceso estudiado en la práctica profesional de la Unidad 2 y etiqueta sus termi-nales con cinta aislante o cinta de carrocero siguiendo el sistema propuesto.

Hilo con

medida

1A

1 a

3 A

3

a

2 a

2A a Figura 4.125. Detalle de adaptación de los

moldes a la medida de la bobina.

a Figura 4.126. Bobinas finalizadas y etiquetadas.



64 Unidad 4

13. Etiqueta las ranuras con un rotulador indeleble. Una vez etiquetadas, inserta la primera bobina en la armaduraentre las ranuras 1 y 4 de forma que los terminales queden del lado del colector. Marca cuál es la delga consi-derada como número 1. Ten en cuenta que la unión entre la delga 1 y 2 se encuentra aproximadamente en lamitad de la cabeza de la bobina.

J.C.M.Castillo

Etiquetado de ranuras

Etiquetado de terminales

Identificación

de delgas

Cuñas de cierre 1A

1 a

1

2

3

4

5

1

2

3

a Figura 4.127. Etiquetado de delgas.

14. Cierra con cuñas rígidas cada una de las ranuras. Esto evitará que el devanado salga al exterior.

Cuña de

cierre

a Figura 4.128. Detalle de cierre de ranuras mediante cuñas.

15. Completa el devanado de la armadura. Ten en cuenta que el devanado debe quedar peinado. Esto quiere decirque las cabezas de bobina se deben entrelazar entre sí. Para ello es necesario sacar de la ranuras las primerasbobinas (en nuestro caso tres de ellas) para así cerrarlo correctamente.

12

3

4

5

67

8

9

10

11

12 1

2

3

4

5

67

8

9

10

11

12 1

2

3

4

5

67

8

9

10

11

12

12

3

4

5

67

8

9

10

11

12 1

2

3

4

5

67

8

9

10

11

12 1

2

3

4

5

67

8

9

10

11

12

1 2 3

4 5 6

a Figura 4.129. Proceso de cerrado de un devanado.

a Figura 4.130. Detalles del pei-

nado de dos inducidos.

16. Cierra con cuñas de forma definitiva todo el devanado.

17. Comienza el proceso de soldadura de los terminales al colector.





18. Para facilitar esta operación crea una tabla de conexiones como la aquí propuesta.

Número de bobina Terminales Ranuras

1 1A - 12a 1 – 3

2 2A - 1a 2 – 4

3 3A – 2a 3 – 5

4 4A – 3a 4 – 6

5 5A – 4a 5 – 7

6 6A -5a 6 – 8

7 7A – 6a 7 – 9

8 8A – 7a 8 – 10

9 9A – 8a 9 – 11

10 10A – 9a 10 – 1211 11A – 10a 11 – 1

12 12A - 11a 12 - 2

19. Corta los terminales con la longitud adecuada para conectarlos a las delgas correspondientes, por otro lado,pela unos 50 mm las puntas de los terminales de hilo esmaltado. Una vez hecho, es conveniente que vayassoldando y cortando los terminales de dos en dos. Esto evitará equivocaciones en el conexionado al colector.

20. Inserta las puntas de los terminales en la ranura de la delga y aplica un punto de soldadura evitando que dosdelgas contiguas queden unidas eléctricamente.

Nota. Debes saber que los inducidos fabricados mediante procesos automatizados, en lugar de unir los termi-nales a las delgas mediante soldadura, lo hacen por la técnica de remachado.

Ranuras

para

soldadura

a Figura 4.131. Detalle de ranuras de delgas para aplicar puntos de soldadura, ejemplo de soldadura y ejemplo de remachado.

21. Por último es necesario zunchar el inducido. Para ello se utiliza cinta de algodón fina o cuerda para atar todoslos terminales poco antes del colector. Es importante realizar esta operación, ya que en caso contrario los termi-nales se pueden soltar con la máquina en funcionamiento.

a Figura 4.132. Zunchado.



66 Unidad 4

HERRAMIENTAS• Polímetro

• Medidor de aislamiento

• Comprobador de inducidosde sobremesa

• Comprobador de inducidos portátil

MATERIAL• Cables de prueba del polímetro

o del comprobador de inducidos

• Hoja de sierra

Comprobación de inducidos

OBJETIVO

Conocer las técnicas de comprobación de inducidos en máquinas de corrientecontinua.

PRECAUCIONES

• Consulta el manual de instrucciones para el uso adecuado de cualquiera delos instrumentos aquí utilizados.


DESARROLLOLas técnicas de comprobación aquí mostradas se pueden utilizar tanto en inducidos rebobinados (como el realizadoen la práctica profesional anterior) como en aquellos pertenecientes a otras máquinas cuyo funcionamiento que-remos comprobar.

Comprobación del aislamiento entre circuito eléctrico y magnético

1. Utilizando un medidor de aislamiento o un comprobador de continuidad, coloca una de las puntas de prueba en cual-quiera de las delgas del colector (puedes cortocircuitarlas enrollando un cable sobre ellas) y la otra en cualquier partemetálica del rotor.

Nota. Algunos comprobadores de inducidos de sobremesa disponen de comprobador de continuidad.

2. Si no obtenemos continuidad o la resistencia es muy alta, significa que el devanado no presenta falta de aislamiento.

400 mA

MAX

500 VMAX

1000 V

750 V

TTL

a Figura 4.133. Comprobación de aislamiento.

Uso del comprobador de inducidos de sobremesa

3. Sitúa el inducido en el núcleo en V del comprobador y alimenta el comprobador. Es normal que el propio instrumentoemita un ligero zumbido magnético.

4. Coloca una lámina metálica (como puede ser una hoja de sierra) sobre la ranura a comprobar. Si la lámina no vibra,significa que esa bobina es correcta.




5. Gira lentamente el rotor y comprueba una a una todas las ranuras con la lámina metálica. Si en alguna de ellasaumenta de forma considerable el zumbido y la vibración, quiere decir que has localizado una bobina que estáen cortocircuito. En este caso debes seguir sus terminales hasta el colector y comprobar si alguna de las delgasestán en cortocircuito.

J . C . M . C a s t i l l o

Lámina metálica

Núcleo en V del

comprobador

a Figura 4.134. Comprobación de cortocircuito.

6. Muchos de estos instrumentos disponen de un sistema de comprobación de corriente que permite determinarsi la intensidad que circula por las bobinas es la misma en todas ellas. Para ello hay que conectar los cables deprueba en el instrumento, y con las puntas de prueba ir tocando en las delgas de cada bobina. Si alguna de ellasno marca igual o lo hace débilmente, indica que el cable se ha roto o que está mal soldado a la delga.

J . C . M . C a s t i l l o

Comprobadorde corriente

a Figura 4.135. Comprobación de conductor interrumpido.

Uso del comprobador portátil

Nota. El uso del comprobador de mano solamente es necesario si no se ha utilizado o no se dispone del compro-bador de inducidos de sobremesa.

a Figura 4.136. Uso del comprobador de mano.

7. Enciende el instrumento y sitúa su cabeza lectora sobre alguna de las ranuras del inducido. Si el indicador lumi-noso pasa de verde a rojo, y además emite un zumbido, significa que alguna de las bobinas está en cortocircuitoen el devanado o en el colector de delgas.



68 Unidad 4

MUNDO TÉCNICO

Equilibrado de máquinas rotativas

De igual forma que otro tipo de máquinas o dispositi-vos giratorios, los rotores de las máquinas eléctricas re-quieren un equilibrado para evitar vibraciones y ruidos.Es más, si el desequilibrio es muy pronunciado, el rotorpodría rozar contra el estator deteriorando los circuitosmagnético y eléctrico. Por este motivo, todas las má-quinas que salen de fábrica pasan por un proceso deequilibrado. Por ejemplo, si se hace un rebobinado enel taller de reparación, la disposición de los devanadospuede cambiar respecto al original, por tanto, será ne-cesario su equilibrado.

Existen máquinas automáticas específicas para realizarel equilibrado de rotores eléctricos. Estas disponen deun conjunto de sensores de medición, una unidad decontrol informatizada para el procesamiento de da-tos y una interfaz de operación para el diálogo con eloperador. No obstante, existen técnicas de equilibradomanual en las que el rotor se sitúa en un soporte tipotorno y, después de hacerlo girar, se marca el punto enel que se queda siempre fijo, calculando así, si es nece-sario algún tipo de contrapeso.

a Figura 4.137. Máquina automática de equilibrado de rotores

(Cortesía de Balance Systems).

El equilibrado del rotor de una máquina eléctrica rota-tiva puede hacerse de dos formas: añadiendo o elimi-nando material.

En el primer caso, se pueden fijar piezas no magnéticasen el rotor, como ocurre con los rotores de jaula de ar-dilla en los motores de inducción.

También puede añadirse algún tipo de masilla que seendurezca al secarse, y que se puede fijar sobre los pro-pios devanados del inducido de la máquina.

Para el equilibrado por eliminación de material se re-quiere experiencia y maquinaria específica, ya que con-siste en eliminar por fresado o desbarbado parte delcircuito magnético del rotor.

a Figura 4.140. Equilibrado por fresado.

a Figura 4.138. Rotor con pa-

sadores para equilibrado por

remachado.

a Figura 4.139. Masilla endu-

recida para equilibrado de

inducidos.




EN RESUMEN

MÁQUINAS ROTATIVAS DE CORRIENTE CONTINUA

Principio de funcionamiento

Constitución

Conexión de los devandados

EVALÚA TUS CONOCIMIENTOS

1. ¿Cuáles son los dos circuitos eléctricos que tiene

una máquina rotativa de corriente continua?a. Piezas polares. c. Inducido.

b. Inductor. d. Paso polar.

4. Los polos de conmutación se utilizan para:

a. que la máquina gire más rápido.

b. acortar el paso de bobina.

c. eliminar la reacción del inducido.

Resuelve en tu cuadernoo bloc de notas

Circuito eléctrico Circuito magnético

Devanados de corriente continua

Variación de velocidadArranque

Inductor o excitación Inducido

Características

Devanadoondulado simple

Devanadoimbricado simple

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4+Maquinas+de+Cc